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队列

在计算机科学中, 一个队列(queue) 是一种特殊类型的抽象数据类型或集合。集合中的实体按顺序保存。队列基本操作有两种：入队和出队。从队列的后端位置添加实体，称为入队；从队列的前端位置移除实体，称为出队。队列中元素先进先出 FIFO (first in, first out)的示意。

队列，其实在我们生活中经常遇到，就比如排队，遵循先进先出规则，就是一种队列，只有排在最前面的人出去了，后面的人才能起来。

这就是队列数据结构的一种限制，并没有像链表那样可以自由插入任一节点，但是有队列数据结构同样可以很好处理各种排队应用场景，比如消息、消费队列等。

下面通过一张图，快速了解一下队列。

一个完整的队列应该包含以下几个点：

队头，指的是队列最前面一个，出数据的第一个数据元素
队尾，指的排在队列最后一个，进数据的最后一个数据元素
入队，指的数据元素进入队列的过程
出队，指的数据氧元素出队列的过程

按照各种常见的队列更加深入了解一下。

顺序队列

顺序队列是一种我们最常见的队列类型，一般是采用语言本身自带数组的数据类型去实现的，实现步骤如下：

初始化一个长度为n的数组
创建两个变量指针front和rear，其中front用来标识队头，rear用来标识队尾
移动front和rear，进行入队和出队操作，入队，则将rear+1指向新入队列的元素，出队则将front+1往后移动
如果front===rear则代表队列已空，无法完成出队操作
如果rear===n则代表队列已满，无法完成入队操作

具体代码如下：

js 复制代码

class Queue {
    constructor(n) {
        this.max = n;
        this.queue = new Array(n);
        this.front = 0;
        this.rear = 0;
    }

    enqueue(val) {
        if (this.rear === (this.max - 1)) {
            return false;
        }   
        this.queue[this.rear] = val;
        this.rear+=1;
        return this;
    }

    dequeue(){
        if(this.rear === this.front){
            return null;
        }
        const result = this.queue[this.front];
        this.queue[this.front] = undefined;
        this.front +=1;
        return result;
    }

    clear(){
        this.queue = new Array(this.max);
        this.front=0;
        this.rear=0;
        return this;
    }
}

循环队列

循环队列是基于顺序队列做的调整，主要是为了能更好利用顺序队列已清空的元素空间，此时队列的结束位置不再是最后一个位置，允许循环指向开头位置，直到所有队列位置都填满。实现步骤，只需要调整顺序队列的入队操作：

入队操作，当rear位置达到队列最大长度时候，将rear重新指向开始位置0
当开始位置已被占用，则表示队列已满

具体代码如下：

js 复制代码

/**
 * 基于顺序队列做循环队列
 */
class Queue {
    constructor(n) {
        this.max = n;
        this.queue = new Array(n);
        this.front = 0;
        this.rear = 0;
    }

    enqueue(val) {
        // 调整这里，当移动到最后的时候将rear指针重新指向0，重头开始
        if (this.rear === (this.max - 1)) {
            this.rear = 0;
        }  
        // 如果当前节点不为空，则表示队列已满，否则继续占用空间
        if(this.queue[this.rear]!== undefined){
            return false;
        }
        this.queue[this.rear] = val;
        this.rear+=1;
        return this;
    }

    dequeue(){
        if(this.rear === this.front){
            return null;
        }
        const result = this.queue[this.front];
        this.queue[this.front] = undefined;
        this.front +=1;
        return result;
    }

    clear(){
        this.queue = new Array(this.max);
        this.front=0;
        this.rear=0;
        return this;
    }
}

链式队列

链式队列与顺序队列是一样的，但是底层是采用链表数据结构去实现，实现步骤如下：

声明一个空的链表节点作为front，同时rear节点的指向空的链表
入队操作，新建一个链表节点node，先将rear.next指向新的链表节点node，然后将rear=node
出队操作，先将front.next取出，然后再将front.next指向front.next.next即可
如果front.next为空，则无法完成出队操作，表示队列为空
因为是链表结构，可以无限添加节点且不占用任何空间，如果要限制队列大小，可以在入队的时候增加链表长度限制

具体代码如下：

js 复制代码

import LinkNode from './linklist1.js';
/**
 * 假设已有链表结构为LinkNode = ()=>{
 *     val = 
 *     next =
 * }
 */
class Queue {
    constructor() {
        this.front = new LinkNode();
        this.rear = this.front;
    }

    enqueue(val) {
        const prev = this.rear;
        const node = new LinkNode(val);
        prev.next = node;
        this.rear = node;
        return this;
    }

    dequeue(){
        if(this.front.next === null){
            return null;
        }
        const result = this.front.next;
        result.next = null;

        this.front.next = this.front.next.next;
        return result.val;
    }

    clear(){
        this.front = new LinkNode();
        this.rear = this.front;
        return this;
    }
}

优先队列

优先队列（priority Queue）是一种特殊的队列，不遵守先进先出的原则，它是按照优先级出队列的。分为最大优先队列（是指最大的元素优先出队）和最小优先队列（是指最小的元素优先出队）。实现步骤如下：

一般用堆数据结构来实现优先队列，在后面讲堆的文章里我会详细再讲，这里了解一下即可。

额外话题

问题：JavaScript中数组 Array到底算不算一种队列？

答案：JavaScript中的数组是属于队列的一种，因为数组本身就是支持队列几种特性，对头，队尾，支持入队push，出队unshift，按照队列定义数组应该是属于队列。

但是由于数组在底层上是属于顺序表，内存地址必须是连续的，因此在入队和出队所需的时间复杂度是成线性，大量需要入队出队操作不建议使用数组作为队列使用。

对比一下，链表也是属于线性表的一种，但是它支持内存地址不需要连续的，因此有中对列类型叫链表队列，可以很好解决大量入队出队操作的场景。

参考资料

算法一看就懂之「队列」

维基百科-队列

前端算法基础-队列

队列

顺序队列

循环队列

链式队列

优先队列

额外话题

参考资料